Реакции окисления алканов

Окисление алканов протекает по радикальному механизму и может быть полным (с образованием диоксида углерода и воды):

 

 

или частичным (с образованием  или элементарного углерода):

 

 

Примером полного окисления алканов является их использование в качестве топлива на тепловых электростанциях и применение бензиновых фракций в двигателях внутреннего сгорания. В последнем случае применяют разветвленные алканы, поскольку линейные в двигателях взрываются.

Свойства бензинов характеризуют «Октановым числом» при этом принимают, что 2,2,4-триметилпентан – один из изомеров октана

 

имеет октановое число, равное 100, а н-гептан – октановое число, равное 0. Октановое число любого бензина равно проценту триметилпентана в смеси триметилпентан – н-гептан, которая имеет одинаковые детонирующие свойства с испытуемым бензином.

Окисление алканов в присутствии комплексов переходных металлов ведет к образованию карбоновых кислот даже при комнатной температуре:

 

 

Окисление метана наблюдается и при действии воды в присутствии катализатора при высокой температуре:

 

 

Процесс сопровождается получением «синтез-газа» и является основой синтеза алканов по Фишеру-Тропшу:

 

 

Термолиз алканов

Термолиз алканов также имеет радикальную природу, но протекает с образованием различных продуктов в зависимости от условий:

 

К термическим реакциям алканов относят также крекинг и риформинг. Так называют химические процессы, применяемые в промышленности для переработки нефтяного сырья. Их целью является повышение выхода и качества бензиновых фракций, пригодных для использования в качестве моторного топлива.

Крекингу подвергают высококипящие нефтяные остатки, получаемые при перегонке нефти. В ходе крекинга более высокомолекулярные алканы превращаются в низкомолекулярные. Это достигается применением высокой температуры – до 700-900°С (термический крекинг).

Недостатком термического крекинга является то, что его продукты не содержат значительных количеств разветвленных алканов, вследствие чего с его помощью не удается получить моторное топливо с октановым числом выше 65-70. Лучших результатов добиваются в схемах каталитического крекинга. Его проводят с применением алюмосиликатного катализатора (типа цеолит Y) и при более умеренных температурах (400-450°С).

Еще более эффективным процессом получения моторного топлива с максимальным значением октанового числа является риформинг. Этот процесс предназначен для превращения средних линейных алканов в циклоалканы и далее в ароматические углеводороды.

 

В отличие от каталитического крекинга, который проводят на катализаторах кислотного типа, в процессах риформинга используют дегидратирующие гетерогенные катализаторы. Если в процессе риформинга применяют платиновые катализаторы, такой процесс называют платформингом.

Термокаталитические методы переработки нефтяных фракций лежат в основе промышленности основного органического синтеза.

 

Ионные реакции алканов

Как уже отмечалось, ионные реакции нехарактерны для алканов, поскольку алканы обладают «жесткой» электронной оболочкой. Ионные реакции протекают лишь при действии на алканы очень сильных реагентов. Так, при действии сверхсильных кислот («суперкислот»), например, , алканы обнаруживают донорные свойства и претерпевают процесс олигомеризации:

 

 

Средние алканы, имеющие более низкие потенциалы ионизации, способны образовывать карбокатионы (и также подвергаться олигомеризации) уже при действии обычных кислот Льюиса:

 

 

Движущий слой перегруппировки вторичного карбкатиона в третичный является различием в их стабильности. Третичный карбкатион имеет лучшие условия для делокализации положительного заряда.

 

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: